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——記環境友好能源材料國家重點實驗室（西南科技大學）環境修復材料國際研究中心主任、科學中國人2017年度人物晏敏皓

□ 徐芳芳

晏敏皓作為負責人協助所在國家重點實驗室主辦專業領域國際學術會議

2013年11月深秋的綿陽，迎來了一位海歸的青年學者晏敏皓。他曾留學旅居法國10年，在國際知名科研機構（法國國家科研中心、法國丹尼·狄德羅大學以及法國原子能研究所）有著長達8年的先進材料研究和工作經驗。入選四川省海外高層次人才“百人計劃”，中國科技城綿陽市“千英百團·軍民融合高層次創新人才”，科學中國人2017年度人物。現任美國化學學會（ACS）會員，中國微納米技術學會青年工作委員會委員，中國核學會錒系物理與化學分會理事，中國晶體學會小角散射委員會（籌）委員。

2014年，環境友好能源材料國家重點實驗室（西南科技大學）環境修復材料國際研究中心正式組建。晏敏皓擔任中心主任，帶領中心團隊致力于核能環境安全與環境友好修復材料的基礎科學與應用基礎科學研究，所取得的科研成果處于當前國際材料科學、能源與環境安全領域的前沿，部分成果處于國際尖端水平。

海外求學，回國踐志

從業10多年，晏敏皓致力于充分利用國內外大科學裝置，開展針對環境安全與核廢物處理處置新材料的基礎科學研究。其在錒系核素在地質處置介質環境中的遷移擴散研究和核廢物高效處理處置材料以及高效光響應環境修復材料的研究方面取得了較多具有重要學術價值的科研成果，其發表的高質量的論文，在國際學術屆相關領域有較大影響力。

2003年，晏敏皓留學法國公立曼恩大學（勒芒大學）攻讀分子工程與功能材料碩士，碩士學業結束后，晏敏皓一鼓作氣接連完成了材料物理博士學業。

法國公立曼恩大學是法國知名的綜合性大學，嚴謹的學術精神，讓它的教育水平逐年來飛速發展，目前在法國當地享有極高的評價。院校對于學子的培養，除了理論知識的灌輸之外，更多的著重在創造性方面，鼓勵學子接受新事物、新思想，同時院校與法國各大公司、工廠都有密切合作，為學子們提供了大量進修、工作與實習的機會。

在法國公立曼恩大學的5年學業生涯，不但讓晏敏皓積累了深厚理論知識，還讓他具備了較強的科研創新能力，其后他在法國丹尼·狄德羅大學和法國國家科研中心“復雜系統與材料”實驗室展開的博士后工作使他的科研能力進一步得到提升。2010年，結束博士后工作后，晏敏皓順利進入法國原子能研究所低溫與納米材料實驗室任“經理”級研究員。在此期間，晏敏皓依托法國科研署聯合研究基金（主研）、法國科研署納米創新研究基金（主研）與法國科技部博士全額獎學金，利用歐洲同步輻射光源（ESRF）與美國阿貢國家實驗室先進光源（APS in ANL）等大科學裝置研究了基于“親水—厭水”效應的自組裝調控機理。借助于大科學裝置與小角散射技術先進分析手段，晏敏皓首先提出了在納米尺度范圍，能有效地控制表面活性聚合物的自組裝新方法。該方法可有效控制其介孔孔道方向并維持其高度有效的空間結構，為高性能新型導向納米線，傳感器列陣以及光電能源傳輸設備的設計與開發提供了新的設計方案。相關學術成果發表于Applied Physics Letters、Journal of Applied Crystallography等國際知名學術期刊。

2013年，晏敏皓主持了四川省海外高層次人才“百人計劃”項目“多功能動態納米仿生纖毛研究”，借此契機，他辭去了法國原子能研究所低溫與納米材料實驗室的工作回國發展，選擇了環境友好能源材料國家重點實驗室（西南科技大學）為落腳點。

如今，晏敏皓已經在環境友好能源材料國家重點實驗室工作5年了。作為實驗室“環境修復材料國際研究中心”的建設者和負責人，他帶領中心團隊立足于“錒系核素與地質處置屏障材料的作用機制與界面行為”這一關鍵科學問題，充分利用國內外大科學裝置的小角散射技術、掠入射小角散射技術、反射技術等尖端研究設備與手段以及團隊配備的小角X射線散射儀，在微觀與介觀尺度下，研究重要錒系核素在環境介質粘土材料中的界面結構特征與動力學機制，探究錒系核素遷移擴散的本源。這為預測并評估錒系核素在我國核廢物地質處置庫中的遷移擴散提供了基礎科學依據。

此外，中心通過對天然處理處置材料巧妙的納米結構化改性，充分借助大科學裝置，從納米至分子層面，探究了錒系核素膠體在水環境中與地質介質處理處置材料在納米尺度的相互作用機制以及改性粘土材料對放射性核素的有效吸附、富集以及存儲機理機制，為有效阻滯錒系核素在我國核廢物地質處置庫中的遷移提供了可行的科學方案。

今后，中心還將繼續依托自己配備的小角X射線散射儀，聯合上海光源SSRF、歐洲同步輻射光源ESRF、英國散裂中子源ISIS以及匈牙利布達佩斯中子中BNC，并與中國工程物理研究院中子物理學實驗室CMRR深度合作，建設并發展兼顧區域特色與國際學術前沿的“小角散射技術國際研究平臺”。旨在建立適合“環境修復材料與核廢物處理處置材料”的大科學裝置科學研究方法，研究材料內部多尺度結構特征對材料性能的耦合影響，幫助發現材料與結構的匹配優化設計，從宏微多尺度發掘材料與結構潛力。

受邀訪問南華大學化學化工學院

科研探索，有條不紊

回國至今，晏敏皓承擔主持了國家自然科學基金重點項目子課題、四川省海外高層次人才“百人計劃”、四川省青年科技基金、四川省科技創新團隊、留學回國人員科技活動擇優資助—國家人社部重點類項目等多項省級以上重點項目；作為第一或通信作者，在ACS Applied Materials & Interfaces， Journal of Hazardous Materials，Applied Surface Science以及Journal of Nuclear Materials等國際權威學術期刊上發表SCI論文30余篇；曾受邀參加國際著名學術會議并作相關成果的大會及分會報告20余次。

晏敏皓的主要研究內容包括：微介觀尺度下，地質處置屏障材料與錒系核素的作用機制與界面行為研究；針對核廢物高效處理/處置的納米改性地質介質材料研究；針對環境中有機/無機污染物的“智能”分子/納米材料研究。他立足環境友好能源材料國家重點實驗室“國際科研與合作中心”這一平臺，在該領域進行了一系列的創新研究。

2016年，晏敏皓主持了四川省教育廳創新團隊項目“高效錒系核素納米吸附載體的設計及其萃取機理研究”，通過對氟磷灰石、蒙脫石等天然礦物的人工改性，研究其對錒系核素的高效固化與長期封存；2017年，他入選中國科技城綿陽市“軍民融合高層次創新人才”，主持了綿陽市“千英百團·軍民融合”高層次創新人才項目“高效鈾238核素納米吸附載體的設計及其萃取機理研究”，設計了高度穩定分散的超順磁納米膠體粒子，并在其表面進行改性，使該膠體粒子可同時對水環境中的兩種不同的錒系核素進行高選擇性識別與獲取。與此同時，他還參與了國家自然科學基金重點項目“Pu-239在粘土巖地質處置環境中的水化學行為及遷移機理研究”，作為合作方，主要負責研究地質處置阿拉善粘土對239Pu及其替代核素在水環境中的吸附動力學與遷移機制，重點研究239Pu及其替代核素與粘土巖在分子層面上的地球化學動力學過程與反應機理。

晏敏皓依托歐盟聯合科研基金（主研）、四川省教育廳創新團隊基金（主持）、四川省“百人計劃”（主持）與中國工程物理研究院開放基金（主持），利用歐洲同步輻射光源（ESRF）與中國工程物理研究院綿陽中子源（CMRR）等大科學裝置原位分析了膠體磁性納米顆粒在低維度磁性材料中的微結構與界面結構信息，并查明了該膠體在微尺度下的動力學機制。以此為基礎，進一步完善了在納米尺度下，膠體納米顆粒與有機大分子的靜電相互作用機制研究，原創性提出了更加有效、更加簡單實用的靜電絡合組裝方式。

借助于大科學裝置與小角散射技術等先進分析手段，通過對我國高放廢物處置庫地質介質粘土材料的巧妙納米改性，晏敏皓建立了基于分子層面水文地球化學的高級遷移模型，準確預測核素在高放廢物處置環境中的遷移數量和速率。他設計了集低成本、超強吸附能力與超低膠體輸運能力于一體的改性地質介質材料安全產品。

除此之外，晏敏皓還原創性地發現了在超分子材料中，材料基本組成單元由分子層面的“應激”響應從而引起材料宏觀性質的相應“智能”變化。通過獨特的分子與納米結構設計，首先提出了使用環境友好型三配位配體作為超分子基本單元的概念，為設計出能夠針對不同環境條件（溫度、酸堿環境、機械應力和施加電勢等）做出相應宏觀性質響應的新型金屬超分子智能材料提出了新的設計理念，并實現了“智能”環境修復材料對光能的高效利用與轉化，在光催化高效降解有機污染物和光響應重金屬離子分子智能探針儀等領域取得了前沿性的突破與進展。目前，這些研究成果已發表或投稿于Physical Chemistry Chemical Physics、Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry 、ACS Applied Materials & Interfaces等國際知名期刊。

第一屆材料科學與小角散射技術國際研討會專家學者合影

核素處理，有依有據

隨著傳統能源資源（煤炭、石油等）瀕臨枯竭，核能已逐漸成為人類選擇的重要能源。我國根據國民經濟發展對能源的緊迫需求，已將核能開發戰略由“適度發展”調整為“積極發展”。預計到2020年，我國核電裝機容量將達到5800萬千瓦，而相應乏燃料的產出量也將與日劇增。與此同時，我國核工業發展中一些早期建設的核設施也陸續達到了設計壽期，相繼進入核退役節點，這也是放射性廢物另一個重要來源。針對日益龐大的核廢料，如何對其進行安全、妥善、長期的管理和處置是一項至關重要的戰略性議題。

國際上對核廢物普遍采取地質處置方法，尤其針對高放廢物采用“深層地質處置”方法。處置過程中同時采用工程屏障和地質屏障雙重保護的方法，以確保安全。工程屏障包含核廢物固化體、包裝容器、緩沖/回填材料等。天然屏障主要是圍巖和外圍地質環境等。在現實情況中，核廢物中的有害錒系核素（以下簡稱“核素”）可能會越過屏障，向近場（廢物體本身和圍繞廢物周圍的工程構件）、遠場（廢物處置的圍巖及周圍地質單元）遷移。如果不能提供有力的科學依據與方法以確保核素被有效地隔離在生物圈之外，公眾將始終認為核廢物安全處置是一項難以解決的問題，可持續性的長期能源政策亦將遲遲難以確定。因此，有效地預測并阻滯核素的遷移，顯得尤為重要。

目前，晏敏皓致力于研究土壤膠體和鈾核素膠體的相互作用。鈾不僅是重要的戰略物資和核能原料，也是核廢物中重點關注的長半衰期元素。針對鈾核素開展研究不僅具有重要的科學意義和實際應用價值，也將對其他錒系核素的研究工作有著重要的指導作用。

鈾在水溶液中通常以U（IV）、U（VI）的價態存在。核燃料的主要成分之一為UO2，因此核廢料中鈾的主要價態為U（IV）。然而U（IV）容易水解、氧化，因此大多數U（IV）配合離子只有在還原環境和酸性條件下才穩定存在，而在天然氧化條件下極不穩定，極易氧化成六價的UO22+和[UO2OH]+離子。當pH接近中性時，UO22+將發生水解，并聚合形成UO2（OH）2，以膠體（粒徑小于1微米）的形式存在于溶液中。這些 U（VI）膠體在天然水系中極易發生遷移。然而，迄今為止絕大多數的研究工作都是圍繞UO2

2+展開的。國內外關于水溶液中U（VI）膠體的研究報道則十分稀少，U（VI）膠體在水環境中的膠體行為與物理化學特征等基礎科學信息極為匱乏，因此，研究水溶液中的U（VI）膠體，從納米尺度研究其膠體行為與物理化學特征，顯得十分必要。

土壤膠體是指土壤中呈膠體狀態、粒徑介于1納米與1微米之間的固體顆粒。在地質介質中，土壤膠體主要為粘土礦物，并含有部分有機質（腐殖質、微生物等）。已有研究發現土壤膠體對于鈾的遷移存在顯著的促進作用，所以在核廢物地質處置庫安全評估中，理解土壤膠體自身的物理、化學行為及其與核素的相互作用是十分關鍵的環節。

在我國的高放廢物地下處置庫中，膨潤土是公認理想的核廢物地下處置庫緩沖/回填材料，起著傳導和散失放射性廢物衰變熱等重要作用。經我國學者多年的考察和研究，認定內蒙古興和縣的高廟子膨潤土礦床適合作為中國的緩沖/回填材料首選的供應基地。粘土巖具有自封閉性、滲透率低等其他巖石類型不可比擬的優點，因此將粘土巖作為核廢物地下處置庫圍巖也越來越受到各國的關注。結合前期研究基礎，晏敏皓團隊選取我國高放廢物地下處置庫的屏障粘土材料——內蒙古阿拉善粘土（天然圍巖材料）與內蒙古高廟子膨潤土（人工緩沖/回填材料），有針對性地研究它們在水環境中與鈾（VI）的相互作用核心機理。在研究方法上，項目團隊首次提出采用小角散射法，系統地研究納米尺度下粘土膠體與鈾（VI）膠體在水環境中的膠體行為與相互作用機制。除此之外，項目團隊還提出采用稀土材料摻雜無機氧化物作為柱撐體，實現對粘土材料的柱撐改造，使改造后的新粘土材料集超高吸附能力、超低膠體遷移能力、智能化表面、可示蹤化等諸多優點于一身的創新思路。

該項目的研究方法和思路具有一定的普適性，亦可應用于其他核素膠體與粘土膠體系統，為研究核素與粘土在水環境中的相互作用提供科學的實驗方法和理論依據。

2018年6月13日至16日，晏敏皓依托環境友好能源材料國家重點實驗室在四川綿陽主辦了“第一屆綿陽小角散射技術國際研討會MSAS SYMPOSIA”，晏敏皓任學術委員會成員出席并主持了大會。研討會邀請來自國內外大科學裝置與知名學術機構的小角散射技術專家，探討小角散射技術在材料科學、環境科學以及核科學領域內的應用與研究進展。旨在利用小角散射技術促進數理、環境、材料與核科學領域的學術交流與互動。

作為中國核學會錒系物理與化學分會第一屆理事會理事，晏敏皓還將積極協助組織并參加“錒系物理與化學”以及“環境放射化學”等相關領域的重要學術會議，加強與同行專家的交流。此外，他還將帶領項目團隊成員與歐洲同步輻射光源ESRF科學委員會主席、法國公立勒芒大學終身制一等教授、西南科技大學兼職特聘教授Alain Gibaud課題組開展“同步輻射SAXS技術研究錒系核素超吸附材料的結構調控與性能”合作研究；與匈牙利科學院布達佩斯中子中心終身制高級研究員、西南科技大學兼職特聘教授Almasy Laszlo課題組開展“SANS技術研究有機質膠體對粘土與核素膠體相互作用的影響”合作研究等。

法國作家羅曼·羅蘭曾說過：“居于一切力量之首的，成為所有一切的源泉的是信仰。而要生活下去就必須有信仰。”對晏敏皓而言，勇于為科學奉獻是他的信仰，為了解決科學問題堅持不懈地探索，為祖國、為全社會貢獻力量就是他朝圣的前方。